王華軍，丁 偉，史 倩，袁 巍

(武漢四創(chuàng)自動控制技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430063)

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多功能型水輪機控制裝置

王華軍，丁 偉，史 倩，袁 巍

(武漢四創(chuàng)自動控制技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430063)

0 引 言

近年來，農(nóng)村小水電站建設(shè)高速發(fā)展，特別是水資源豐富且設(shè)備老舊的水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造的項目增多。由于是中小型水電站，若每臺水輪發(fā)電機組都分別獨立配套調(diào)速器、減壓裝置、剎車裝置、高壓頂起裝置等，那么新建或增效擴(kuò)容改造成本就會較高，且各設(shè)備安裝較分散，不利于檢修、維護(hù)及操作。因此，有必要設(shè)計一種既能安全可靠控制水輪發(fā)電機組，也能節(jié)省新建或增效擴(kuò)容改造成本的多功能型水輪機控制裝置。

1 設(shè) 計

多功能型水輪機控制裝置由調(diào)速器、減壓裝置、剎車裝置、高壓頂起裝置組成(見圖1)。調(diào)速器、剎車裝置、高壓頂起裝置的壓力油取自同一油源(即同一個油壓裝置)，分別控制導(dǎo)葉接力器及剎車接力器(高壓頂起接力器)。若高壓頂起接力器、剎車接力器的額定油壓與導(dǎo)葉接力器的額定油壓相同，則可不配置減壓裝置，且只用剎車裝置或高壓頂起裝置完成剎車和高壓頂起功能；若導(dǎo)葉接力器的額定油壓高于高壓頂起接力器、剎車接力器的額定油壓，且高壓頂起接力器與剎車接力器的額定油壓相同，則可只配置1套減壓裝置和剎車裝置或高壓頂起裝置完成剎車和高壓頂起功能。

如圖所示：減壓裝置、剎車裝置、高壓頂起裝置為初始狀態(tài)，即減壓裝置未輸出油壓、剎車接力器(高壓頂起接力器)為退出狀態(tài)。

1-剎車接力器(高壓頂起接力器)；2-疊加式節(jié)流閥；3-疊加式液壓鎖；4-電磁換向閥；5-減壓閥；6-電磁換向閥；7-電磁換向閥；8-減壓閥；9-電磁換向閥；10-疊加式液壓鎖；11-疊加式節(jié)流閥

圖1 多功能型水輪機控制裝置布置示意

來自油壓裝置的壓力油經(jīng)P1進(jìn)入調(diào)速器，調(diào)速器控制液壓油進(jìn)入導(dǎo)葉接力器的A腔或B腔，實現(xiàn)導(dǎo)葉接力器關(guān)或開。

減壓裝置(中間)包括依次連接的電磁換向閥7、減壓閥8；剎車裝置包括依次連接的電磁換向閥9、疊加式液壓鎖10、疊加式節(jié)流閥11；來自油壓裝置的壓力油經(jīng)P2進(jìn)入中間減壓裝置電磁換向閥7的P4口，電磁換向閥7的輸出口A1與減壓閥8的P5口相聯(lián)，減壓閥8的輸出口A2與電磁換向閥9的輸入口P6相聯(lián)，電磁換向閥9的兩輸出口A3、B1分別與疊加式液壓鎖10的兩輸入口A4、B2相聯(lián)，疊加式液壓鎖10的兩輸出口A5、B3經(jīng)疊加式節(jié)流閥11 的A6、B4與剎車接力器(高壓頂起接力器)的A7、B5相聯(lián)。

減壓裝置(左側(cè))包括依次連接的電磁換向閥6、減壓閥5；高壓頂起裝置包括依次連接的電磁換向閥4、疊加式液壓鎖3、疊加式節(jié)流閥2；來自油壓裝置的壓力油經(jīng)P3進(jìn)入左側(cè)減壓裝置電磁換向閥6的P7口，電磁換向閥6的輸出口A8與減壓閥5的P8口相聯(lián)，減壓閥5的輸出口A9與電磁換向閥4的輸入口P9相聯(lián)，電磁換向閥4的兩輸出口A10、B6分別與疊加式液壓鎖3的兩輸入口A11、B7相聯(lián)，疊加式液壓鎖3的兩輸出口A12、B8經(jīng)疊加式節(jié)流閥2 的A13、B9與剎車接力器(高壓頂起接力器)的A7、B5相聯(lián)。

2 控制過程

當(dāng)剎車接力器需投入時：電磁換向閥7接收減壓投入信號，其左側(cè)電磁線圈動作的同時電磁換向閥9接收剎車投入信號其右側(cè)電磁線圈動作，壓力油經(jīng)P2進(jìn)入中間減壓裝置電磁換向閥7的P4口至輸出口A1；然后由減壓閥8的P5至輸出口A2，再經(jīng)電磁換向閥9的輸入口P6至輸出口B1與疊加式液壓鎖10的輸入口B2聯(lián)通；最后經(jīng)疊加式液壓鎖10的輸出口B3、疊加式節(jié)流閥11 的B4進(jìn)剎車接力器(高壓頂起接力器)的投入腔B5。剎車接力器(高壓頂起接力器)的復(fù)歸腔A7液壓油經(jīng)疊加式節(jié)流閥11 的A6至A5，然后經(jīng)疊加式液壓鎖10的A4至電磁換向閥9的A3,最后經(jīng)T2進(jìn)回油箱，實現(xiàn)剎車接力器投入。

當(dāng)剎車接力器需復(fù)歸時：電磁換向閥9接收剎車復(fù)歸信號時其左側(cè)電磁線圈動作，來自減壓閥8輸出口A2的液壓油，經(jīng)電磁換向閥9的輸入口P6至輸出口A3與疊加式液壓鎖10的輸入口A4聯(lián)通；然后經(jīng)疊加式液壓鎖10的輸出口A5、疊加式節(jié)流閥11 的A6進(jìn)剎車接力器(高壓頂起接力器)的復(fù)歸腔A7。剎車接力器(高壓頂起接力器)的投入腔B5液壓油經(jīng)疊加式節(jié)流閥11 的B4至B3，然后經(jīng)疊加式液壓鎖10的B2至電磁換向閥9的B1,最后經(jīng)T2進(jìn)回油箱，實現(xiàn)剎車接力器復(fù)歸。

當(dāng)剎車接力器需復(fù)歸后：電磁換向閥7接收減壓退出信號其右側(cè)電磁線圈動作，壓力油經(jīng)P2進(jìn)入中間減壓裝置電磁換向閥7的P4口后截止，此時減壓退出。

當(dāng)高壓頂起接力器需投入時：電磁換向閥6接收減壓投入信號其左側(cè)電磁線圈動作的同時電磁換向閥4接收高壓頂起投入信號其右側(cè)電磁線圈動作，壓力油經(jīng)P3進(jìn)入中間減壓裝置電磁換向閥6的P7口至輸出口A8；然后由減壓閥5的P8至輸出口A9，再經(jīng)電磁換向閥4的輸入口P9至輸出口B6與疊加式液壓鎖3的輸入口B7聯(lián)通；最后經(jīng)疊加式液壓鎖3的輸出口B8、疊加式節(jié)流閥2 的B9進(jìn)剎車接力器(高壓頂起接力器)的投入腔B5。剎車接力器(高壓頂起接力器)的復(fù)歸腔A7液壓油經(jīng)疊加式節(jié)流閥2的A13至A12，然后經(jīng)疊加式液壓鎖3的A11至電磁換向閥4的A10,最后經(jīng)T4進(jìn)回油箱，實現(xiàn)高壓頂起投入。

當(dāng)高壓頂起接力器需復(fù)歸時：電磁換向閥4接收高壓頂起復(fù)歸信號時其左側(cè)電磁線圈動作，來自減壓閥5輸出口A9的液壓油，經(jīng)電磁換向閥4的輸入口P9至輸出口A10與疊加式液壓鎖3的輸入口A11聯(lián)通；然后經(jīng)疊加式液壓鎖3的輸出口A12、疊加式節(jié)流閥2 的A13進(jìn)剎車接力器(高壓頂起接力器)的復(fù)歸腔A7。剎車接力器(高壓頂起接力器)的投入腔B5液壓油經(jīng)疊加式節(jié)流閥2 的B9至B8，然后經(jīng)疊加式液壓鎖3的B7至電磁換向閥4的B6,最后經(jīng)T4進(jìn)回油箱，實現(xiàn)高壓頂起復(fù)歸。

當(dāng)高壓頂起接力器需復(fù)歸后：電磁換向閥6接收減壓退出信號其右側(cè)電磁線圈動作，壓力油經(jīng)P3進(jìn)入左側(cè)減壓裝置電磁換向閥6的P7口后截止，此時減壓退出。

3 主要特點

多功能型水輪機控制裝置采用各種功能的標(biāo)準(zhǔn)液壓件組成；調(diào)速器與減壓裝置、剎車裝置、高壓頂起裝置采用并聯(lián)方式聯(lián)接，互不干擾。功能主要有調(diào)速控制功能、減壓功能、剎車功能、高壓頂起功能；各個控制裝置都共用同一個油源(即同一個油壓裝置)，獨立工作，互不干擾；不同控制功能的控制裝置集于一體安裝在調(diào)速器油壓裝置上，既減小安裝空間，也降低投資成本，還有利于各設(shè)備的檢修、維護(hù)及操作。由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)液壓件，體積大大減小，滲漏量也極小，可減少油壓裝置油泵的起動次數(shù)，延長油泵使用壽命。

4 結(jié) 語

該多功能型水輪機控制裝置已成功投運，運行穩(wěn)定可靠，各項性能指標(biāo)均滿足要求，減小了安裝空間，降低了投資成本，適于推廣應(yīng)用。

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責(zé)任編輯 吳 昊

2015-07-01

王華軍(1978-)，男，主要從事水電站調(diào)速器的研究、開發(fā)、設(shè)計與應(yīng)用等工作。 E_mail：whj20080801@163.com